西门子BA系统工程方案.docx
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西门子BA系统工程方案
西门子BA系统工程方案
西门子BA系统工程
1.系统概述
由于西门子厂房的大型化、智能化和多功能化，而且建筑物内机电设备种类繁多，技术性能复杂，维修服务保养项目的多，管理工作已非人工所能应付。
因此，采用自动化监控系统技术及计算机管理已成为现代建筑最重要的管理手段。
它可以大量的节省人力、能源、降低设备故障率、提高设备运行效率、延长设备使用寿命、减少维护及营运成本，提高建筑物总体运作管理水平。
楼宇设备控制系统（BAS），现阶段已广泛应用于各类建筑领域，以提供对各类建筑物内设备进行高效率管理与控制的有效途径。
整个楼宇设备控制系统（BAS）可监控内西门子厂房的所有机电设备，其主要实现以下功能：
1．对机电设备实现以最优控制为中心的过程控制自动化；
2．以运行状态监视和计算为中心的设备管理自动化；
3．以安全状态监视和灾害控制为中心的安全管理自动化；4．以节能运行为中心的能量管理自动化；5．通过OPC开放式接口或MODBUS、BACNET等方式与BMS实现集成。
根据招标技术要求，本方案对下述机电设备进行监控：
1.空调系统
2.新风空调系统
3.冷冻水系统
4.排风系统
5.生活用水供水系统
6.雨水处理系统
7.电力监控系统
8.蒸汽系统
9.第三方设备监视
本次对西门子厂房项目的BAS优化设计后合计点数531点，增加20%备用软件点后总点数为：
640点。
宜家的BAS总控中心可以对整个中心所有的被监控对象进行监控管理，可对所有子系统的各种重要参数进行设定及修改，对所有被控设备进行独立的实时启停操作，可对分控工作站进行操作权限设置。
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我司根据本项目特点及难点,将选用合适的、先进的世界主流楼宇自控产品，采用世界著名楼宇自控品牌西门子的APOGEE系统。
2.用户需求分析
2.1功能需求分析
实现设备的全自动运行；
实现系统的智能化管理；维持设备正常的工作状况；维持建筑物内部舒适的温湿度环境；维持建筑物内部良好的空气质量；部分区域的照明和照度控制；发挥系统的控制优势，实现设备的节能；对设备的故障情况，实现实时报警和必要的保护；运行数据、报警数据、操作数据的存储和归档。
2.2建设目标分析
西门子厂房工程的功能特点和建筑物机电设备的现状，我们认为西门子厂房BAS必须有以下最为明显的特点：
需选用具有集成功能及开放性的BAS系统，便于实现设备的集成和数据共享。
需选用世界知名品牌的成熟产品，且国内市场占有率高，国内具有一定的经营规模。
需选用世界知名品牌技术领先的主流产品，具备前瞻性和可扩展性，以适应未来扩容、维护的需要。
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3.系统概要设计
3.1设计规范及依据
《智能建筑设计标准》（GB/T50314—2000）
《民用建筑电气设计规范》（JBJ／T16—92）
《工业企业通信没计规范》（GBJ42—81）
《工业企业通信接地设计规范》（GBJ79—85）
《电气装置安装工程施工及验收规范》（CBJ232—92）
《建筑设计防火规范》（CBJ16—87）95修订
《火灾自动报警系统设计规范》（GBJl16—92）
《商用建筑线缆标准》（EIA／TIA—568A）
《信息技术互连国际标准》（ISO／IECl1801—95）
《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）
《中国采暖通风与空气调节设计规范》（GBJ19—87）
《中国室内给水排水热水供应设计规范》（GBJ15—74）
3.2系统设计原则
西门子厂房智能化系统在满足现实需要基础上，应有适当的超前性，以满足新世纪科技发展的需求。
为此在制定本系统方案时遵循下列原则：
1）先进性西门子厂房建设于新世纪的信息时代，因此系统方案设计力求与当前科学技术高速发展的潮流相吻合。
系统总体结构定位于高起点、开放式、模块化，从而建设一个可扩展的平台，保护前期工程与后续技术的衔接。
2）实用性系统设计以实用为第一原则。
在符合当前实际需要的前提下，合理平衡系统的经济性和先进性，避免片面追求先进性而脱离实际或片面追求经济性而损害西门子厂房智能化建设的初衷。
3）可靠性
智能化系统工程
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系统设计为每天24小时连续工作，局部设备故障不会影响整个系统的正常运行，也不会影响其它智能化子系统的正常运行。
关键的系统部件对故障容错和数据备份应提供相应的解决措施。
4）安全性
系统选用的所有设备、配件及其系统，在保证其安全、可靠运行的同时，符合地区、国家和国际的有关安全标准和规范的要求，并在非理想环境下能有效地工作。
5）经济性
系统选用的设备及其系统，是以现有成熟的设各和系统为基础，以总体目标为方向，局部服从全局，力求系统在初次投入和整个运行生命周期内获得最佳的性能价格比。
6）节能性
系统的设计重点、管理重心和维护优化应围绕节能而展开。
通过能源分析、软件编程实现各种节能手段，采用优质管理达到节能效果。
系统应以尽早收回投资成本为主要目标。
7）易维护性
系统中需要监视和监控的设备品种繁多，而且位置分散，要保证日常系统正常工作、可靠运行，系统必须具有高度可靠的可维护性和易维护性。
尽量做到所需人员少，维护工作量小，维护强度弱、维护费用低。
8）开放性和可扩展性
系统设计采用国家和国际标准及规范，兼容不同厂家、不同协议的设备和系统。
采用符合工业标准的操作系统、网络技术、相关数据库和图形系统。
各子系统可方便接入总系统，同时具有开放接口，以便用户进行二次开发。
3.3厂商设备选型
根据以上的分析，我们为大楼提供西门子最新推出的APOGEE系统。
该系统是目前世界上最为先进的高效能、集成化的BMS系统，该系统根据需要可将商场的热泵机组、配电系统、UPS等系统集成在APOGEE平台上，并适用于商场的建筑特点及先进的控制和管理要求，包括选用最先进技术的数字控制器，以及与其他供应商系统及0A系统的开放性接口。
＞本项目采用西门子APOGEE系统，不仅符合中国国家标准，而且符合当代
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现场总线在控制系统应用发展方向。
＞系统不需要网络转换设备（如：
网络控制器，网关等），由中央站和分站DDC构成分布式集散控制系统，中央站和分站DDC控制器直接通信，控制器之间直接通信。
＞所有DDC控制器和分布式输入/输出I/O模块（DI/O）,均为可以和第三方产品互相操作和互相替换的开放式带有LonMark标记的产品。
＞所有DDC控制器和分布式输入/输出I/O模块，均为点对点通信，体现了“网络就是控制器”这个网络时代的技术特征。
＞中央站出现故障，不影响所有DDC控制器和分布式输入/输出I/O模块的工作。
中央站由中央服务器和客户机组成，同时采用互联网技术，兼具浏览器/WEB服务器/数据库这种互联网三层结构，全部WEB化界面操作。
中央服务器建立和支持20000个监控点的实时数据库和可大于20GB的关系数据库，还提供DSA分布式数据库技术，中央站采用的最先进的数据库技术和互联网技术，安装有完善的中间件服务系统（ARCnet、LonWorks.ModBus、ODBC、OPC、DDE等等），使APOGEE系统成为智能建筑的理想的开放式集成平台，基于楼宇自控系统，可以构成BMS,IBMS平台。
＞APOGEE系统所提供的图形化编程工具CARE8.0已融入公司的建立L0N网络的设计编程工具LonMaker,因此所有L0N设备可以方便的构成APOGEE-LON网络系统APOGEE-LNS。
3.4系统总体结构
西门子厂房工程BAS系统主机采用APOGEE服务器，APOGEE服务器处于楼宇自控系统的最高监视与管理层，它通过双绞线通讯网络连接各楼层的现场控制设备，将各种楼宇机电设备的实时运行状况集成到APOGEE服务器统一的浏览器界面，实现对西门子厂房工程内各机电子系统的集中监视与管理。
统一的浏览器界面可以支持构架显示窗口推出、动画和参数变量值动态显示，支持査询，实现带有口令验证的安全管理操作控制，也可以支持多媒体技术，应用视频、图像和音响等技术手段，使得西门子厂房的报警监视和设备管理图形界面生动而宜观。
楼宇自控系统的结构在网络方面具有三层网络结构，即管理层网络（以太网）、自
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动化层网络及现场层网络。
三层网络可以有效地建筑物内各设备的自动化控制及管理。
该三层网络结构代表了当今楼宇自控系统典型实例，符合国家行业标准，具有全数字化集散型系统的优势。
如下页图中所示。
APOGEE服务器
APOGEE工作站
PBM-G-M-MBS
以太网TCP/IP
管理层网
控制总线C-Bus
自动化层
Lon-Bus
PXC24
TXM1
Lon-Bus
Lon-Bus
PXC24
PXC24
现场层网
TXM1
TXM1
APOGE系E统三层网络结构
管理层网络可以通过以太网Ethernet与建筑物计算机网络进行通讯，完成系统集成的功能，根据网络服务请求实现空调、照明等相关设备的控制与管理。
自动化层网络采用总线技术C-Bus可实现建筑物内DDC控制器之间的通讯，既可满足传送监控中心下达指令的任务，又可及时向监控中心反馈建筑物各设备的信息。
现场层网络可以通过相应的控制器如LonWorks现场总线产品来控制分布在现场
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的各种设备。
通过该层网络可以有效快速地执行控制器的指令，采用该层网络可减少自动化层网络不必要的通讯负担，降低设备与控制器之间接线及施工成本。
同时，自动化层及现场层控制器还可在中央站故障时，继续按预定的程序工作，从而保证系统的正常使用。
APOGE系E统软件包括系统服务器平台和图形客户端软件。
APOGEE服务器是对楼宇自控系统BAS进行管理的主要窗口，运行APOGESEerver服务器平台，是PCX24.2现场控制网络C-Bus的节点，系统数据均储存在服务器的实时数据库和SQL数据库中。
服务器同时还可运行EBI客户端界面，通过全动态彩色图形对整个建筑物的设备运行状况进行显示、报警、控制和管理。
APOGEE操作站可根据物业管理的实际需要设置于任何地方，其与服务器通过TCP/IP协议连接，连接路由可以是局域网或广域网。
操作站只运行APOGEE客户端界面，并可将APOGEE系统的运行管理权限如显示内容、修改参数、设备控制等分别授权，以提高系统运行的安全性。
4.系统详细设计
4.1冷冻站系统
冷热源系统由冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、切换电磁阀等设备组成，为西门子厂房的空调供冷热水。
图纸中没有控制原理图，需要设计院补充
监控设备
监控点位
热泵机组
DI：
机组运行状态，故障报警，水流状态，状态反馈；
DO：
机组启停控制，电动蝶阀控制；
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AI：
总管供回水温度，供回水压力；系统应能够通过热泵组控制柜接口采集相关信号
冷却水泵
DI：
水泵运行状态，故障报警，手/自动状态；
DO：
设备启停；
冷冻水泵
DI：
水泵运行状态，故障报警，手/自动状态；
DO：
设备启停；
空调冷热水系统需要一套经过周密考虑的控制方案。
控制方案和机组设备配置和布局密切相关，为了实现预定的控制目标，我们要对系统设计方案作优化，同时对于关键的控制技术要素应提出具体解决方案。
这是楼宇自控系统工程承担者应该向用户提供的服务。
基于这一认识，我们特地围绕制机组的控制技术，进行简明扼要的叙述。
按照空调水系统的设备配置，其监测、控制系统可以分为几个方面，下面分别描述如下：
监测和控制：
（A）系统启停根据事先排定的工作及节假日作息时间表，启停中央制冷站的各件设备，包括冷冻水系统／冷却水系统的自动启停、各设备的连锁、顺序控制等。
（B）故障报警系统实时监测冷水机组、水泵、冷却塔风机、过滤系统、控制阀门的运行状态，冷冻水／冷却水温度、压差、液位超限报警。
冷冻机组、热交换器、水泵、冷却塔、过滤系统故障过载报警。
（C）设备轮循（Lead-LagControl）为平均设备的磨损，维护系统的正常运转，采用自动轮循以平衡运行时间。
冷水机组、热交换器、水泵、冷却塔都可按照预先设定
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的程序实现自动轮序。
（D）冷冻水系统控制控制系统实现冷冻机组、热交换器、冷冻水泵、高区冷冻水泵及相关阀门的控制。
计算系统的实际冷负荷，判断冷冻机组的运行状况，所实现的功能如下：
（a）冷冻机组台数控制：
根据冷冻水供／回水温度、流量和冷冻机的运行状况，计算系统的实际负荷量。
根据实际所需冷量自动调整冷冻机运行台数，达到最佳节能的目的。
其中１台冷冻机及冷冻水泵设置变频起动器。
根据冷冻水供回水温度，调整冷水机组的运行速度，达到节能的目的。
（b）冷冻水区域流量监测：
在每个区域的冷冻水供水管上设置流量计，监测每个区域的供水量。
（c）旁通管控制：
系统监测冷冻水供／回水压差，保证有足够的冷冻水供应。
（d）连锁保护：
控制阀门、冷冻水泵、冷水机组连锁，相关设备的开／关需经确认后才能开／关下一设备。
（E）冷却水系统控制控制系统实现冷却塔、冷却水泵及相关阀门的控制。
计算机组的实际发热量，判断冷却塔的运行状况，所实现的功能如下：
（a）冷却塔台数控制：
根据冷却水供／回水温度、冷却塔的运行状况，计算系统实际所需散热量。
根据实际散热量自动调整冷却塔运行台数，达到最佳节能的目的，所有冷却塔设置2速风机。
根据冷却水供回水温度。
调整冷却塔风机的运行速度，达到节能的目的。
（b）旁通管控制：
在冬天或温度过低的情况下，通过调整冷却水主管旁通流量，维持冷却水的最低温度要求。
从而确保能正常打开冷水机组，或维持其正常运行。
（c）连锁保护：
控制阀门、冷却水泵、冷水机组、冷却塔连锁，相关设备的开/关需经确
认后才能开/关下一设备。
（G）台数控制（a）假如1台冷冻机组不能把冷冻水冷却至指定水温或冷冻水旁通管的流量率少于1个预算设数值；30分钟后（时间值可以按需要改变），第2台冷冻机组将起动运行，第2台冷冻水泵亦会投入运行。
其他冷冻机组的起动指令，如此类推实施。
（b）由于中央制冷站由不同制冷量的冷冻机组成，中央制冷站的监控系统应按冷量需求及从能角度，选取最佳的冷冻机运行组合。
（c）至于办公楼的高区冷冻水系统，假如1台热交换器不能把冷冻水冷却至指定水温或冷冻水旁通管的流量率少于1个预算设数值；30分钟后（时间值可以按需要改变），第2台热交换器的电动出水阀门将会打开，第2台高区冷冻水泵亦会投入运行。
所谓机组台数控制的序列策略，就是解决在启动下一台机组时，决定哪一台先开出；在停止一台运行的制冷机组时，决定哪一台先停止。
这种序列策略，
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目的是和设备管理、维修计划更好地配合，充分利用设备的无故障周期，使设备的运行和维修周期合拍。
例如：
在需要启动下一台机组时可按：
当前停运时间最长的优先；累计运行时间最少的优先；轮流排队；人工干预等等。
在需要停运一台机组时可按：
当前运行时间最长的优先；累计运行时间最长的优先；轮流排队；人工干预等等。
选择哪一种序列策略，和大楼物业管理方式，设备维护计划等密切相关。
本系统方案能够提供灵活的序列策略模式，以菜单方式列于操作员屏幕上，以便于物业管理部门按需选择。
系统负荷的测量和评估通过布置的系统流量和温度监测点可以计算得到系统负荷量：
系统负荷量：
Q＝K×M×（T1－T2）
Q：
负荷量，K：
比例常数，M：
总管流量
T1：
回水总管温度，T2：
供水总管温度
如果机组能通过通讯方式提供给BAS机组的负荷率或电机电流值，则可比较精确地掌握系统的负荷情况，为机组的群控提供参考依据。
也可以通过直接判断系统的总供水温度和回水温度来判断，当总供水温度大于冷水机组的出水设定温度一定范围，且维持一定时间时，则表示冷水机组的负荷较大，已经不能满足系统的热负荷，需要增加冷水机组的台数。
相反，如果系统的总回水温度小于冷水机组的设计回水温度一定范围，且维持一定时间后，则表示表示冷水机组的负荷较小，已经远远超过系统的需要的热负荷，需要减少冷水机组的台数。
（H）冷冻水压差控制冷冻水旁通控制阀应是2路调节阀。
当系统运行时，旁通阀应自
动打开到适合位置，以调整冷冻水系统的供回水主管压力差至预设的系统压力值。
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当系统停止运行，旁通阀应自动关闭。
（I）膨胀水箱控制：
需提供水位控制感应器。
补水阀门是“开－关”阀门。
当冷却塔系统停止，补水阀门常关；当冷却塔系统启动，补水阀门需控制水位至预定值。
（J）热交换器系统主要包括以下各项：
（a）根据板式换热器二次侧出水温度调节一次侧的回水管上的电动调节阀，以维持二次水供水温度恒定。
（b）根据二次侧的供回水温度/流量，计算出系统所需的冷量，当计算冷量小于一台热交换器的供冷量时，仅开启一台热交换器和一台水泵。
当计算冷量大于一台热交换器的供冷量时，二台热交换器和水泵同时开启。
（c）循环水泵受变频器调速控制，根据二次水的供回水压力差调节水泵转速，以维持供回水压差恒定。
（K）冷冻机组的启动和停止连锁控制：
主机的启停与相关设备的连锁控制是保障设备正常、安全运转的重要条件。
（1）连锁启动顺序：
启动冷却水塔风机→冷却水塔电动蝶阀和冷水机的冷凝器管路电动蝶阀打开→启动冷却水泵→冷凝器水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→冷水机蒸发器电动蝶阀打开→启动冷冻水泵→冷冻水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→启动冷水机主机
（2）连锁停止顺序：
关闭冷冻机→（延时数分钟，视工况判定延时时间）→关闭冷冻水泵→冷水机蒸发器水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→关闭冷水机的蒸发器电动蝶阀→关闭冷却水泵→冷凝器水流开关信号指示（作为连锁条件的返回信号）→关闭冷水机的冷凝器电动蝶阀和冷却水塔电动蝶阀→关闭冷却水塔风机
中央管理站软件功能：
三维图象显示每台机组及水泵的系统图显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图故障报警与所在平面图关联
打印有关故障报警信号设定模拟信号报警上下限，打印输出自动记录及打印空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷
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情况并打印。
4.2空调新风系统
4.2.1空调机组
控制人员可在工作站上自动地、实时监视并记录各种参数。
如风机状态、故障、室外的温湿度、送回风管温度、风机和水阀的运行情况，滤网的堵塞情况等，并可动态显示冷热水阀和风门位置，超限自动报警。
并可按业主要求制做并打印各种类型的趋势图，记录历史数据。
空调机组和新风机组都可按照启用的时间，结合节能模式做到最佳时间启停控制以节约能源，并可采用夜间空气净化等程序来提高室内的空气品质。
监控室还可在监控画面随时修改各种参数设定值（温度设定值，最小新风量设定值）等，实现集中控制的方式。
所有设备都可在监控中心实现远程自动启停。
招标文件中没有控制原理图，需要设计院补充。
监控设备
监控点位
AHU空调机
DI：
风机运行状态，故障报警，手/自动状态，滤网压差;
DO：
风机启停控制;
AI：
回风温度,阀门开度反馈；
AO：
水阀控制，变频控制,新风门开关控制，回风门调节；
1、空调机组实现如下的控制功能（具体需要深化设计）：
自动监视回风温度，根据回内温度,自动比较温度的设定值,按照PID模式自动
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调节控制冷水两通阀的开度，维持室内温度在设定范围内。
自动监视空调机组的过滤段滤网两端压差，两端阻力超出设定值时报警，便于有关人员及时更换，保证过滤效果。
自动监视风机启停及工作状态、故障报警。
空调机组停止工作（送风机关闭时），自动联锁关闭回风机，电动二通水阀。
在具有大空间、大人流的空调区域，系统根据空气污染程度自动调节新回风阀，及风机的频率，在保证室内舒适度情况下尽量节能。
2、冷热水阀的控制：
同新风机冷热水阀的控制。
3、系统软件可自动满足如下控制要求：
系统启动后，通过彩色图形显示不同的状态和报警，显示每一个参数的值和风机累积运行时间，通过鼠标可任意修改设定值，以达到最佳的工况。
根据事先设定的工作日及节假日作息时间表，定时启停机组。
当风机出现故障时，自动报警，提请工程师进行维修。
自动监视空调机组的过滤段滤网两端压差，两端阻力超出设定值时报警，便于有关人员及时更换、清洗，保证过滤效果。
自动监视空调机组的送、回风温度，根据送风温度，比较冷热温度的设定值，自动调节控制冷热两通阀的开度，维持送风温度在设定范围内。
机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示等功能。
4.2.2新风机组
招标文件中没有控制原理图，需要设计院补充
监控设备
数量
监控点位
吊顶空调箱
ERV
DI：
风机运行状态，故障报警，
手/自动状态，滤网压差；
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FAU
DO：
风机启停控制，风阀开关控制；
AI：
送风温度,；
AO：
水阀控制,风阀开度；
1、新风机组控制系统实现以下监控功能：
实时监测各楼层新风机的运行状态、故障报警。
根据时间表，定时启停各楼层新风机。
实时监测过滤网两端压差，两端阻力超过设定值时，自动报警。
2、冷热水阀控制：
在送风风管内设置温度传感器（AI）。
通过软件预先设定温度的设定值。
通过电动两通调节阀调节冷热水的流量，使送风温度保持在温度的设定值（AO）。
冬季：
当送风温度低于设定值时，热水阀自动打开，使送风温度上升；当送风温度高于设定值时，热水阀自动关小，使送风温度下降，从而使送风温度最终保持在设定值。
夏季：
与冬季时的情况正好相反。
当送风温度低于设定值时，冷水阀自动关小，使送风温度上升；当送风温度高于设定值时，冷水阀自动打开，使送风温度下降，从而使送风温度保持在设定值。
在正常运行状态下，利用PID控制冷热水阀，其调节曲线如下：
冬季：
智能化系统工程
水阀开
度
注：
T--温度
SP
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夏季：
水阀开
度
注：
T--温度
SP
3、系统软件可自动满足如下控制要求：
系统启动后，通过彩色图形显示不同的状态和报警，显示每一个参数的值和风机累积运行时间，通过鼠标可任意修改设定值，以达到最佳的工况。
根据事先设定的工作日及节假日作息时间表，定时启停机组。
当新风风机出现故障时，自动报警，提请相关人员进行维修。
自动
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